Raksha - Monitorul Vitals pentru lucrătorii din prima linie: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Tehnologiile purtabile de monitorizare a sănătății, inclusiv ceasurile inteligente și dispozitivele de monitorizare a fitnessului, au atras un interes considerabil al consumatorilor în ultimii ani. Nu numai că acest interes a fost încurajat în principal de creșterea rapidă a cererii pe piața tehnologiei purtabile pentru monitorizarea omniprezentă, continuă și omniprezentă a semnelor vitale, dar a fost valorificată de evoluțiile tehnologice de ultimă generație în domeniul senzorilor. tehnologie și comunicații fără fir. Piața tehnologiei purtabile a fost evaluată la peste 13,2 miliarde de dolari până la sfârșitul anului 2016 și se estimează că valoarea acesteia va ajunge la 34 de miliarde de dolari până la sfârșitul anului 2020.

Există mulți senzori pentru măsurarea aspectelor vitale ale corpului uman, care sunt esențiale pentru ca un medic sau un medic să cunoască problemele de sănătate. Știm cu toții că medicul verifică mai întâi ritmul cardiac pentru a cunoaște variabilitatea ritmului cardiac (HRV) și temperatura corpului. Dar benzile și dispozitivele purtabile actuale nu reușesc în precizia și repetabilitatea datelor măsurate. Acest lucru se întâmplă mai ales din cauza alinierii ratate a fitness tracker-ului și a citirii eronate etc. Majoritatea utilizează senzori de pletismografie foto (PPG) pe bază de LED și fotodiodă pentru măsurarea ritmului cardiac.

Caracteristici:

• Poartă cu baterie
• Măsurează frecvența cardiacă în timp real și intervalul inter-bătăi (IBI)
• Măsurează temperatura corpului în timp real
• Prezintă graficul în timp real pe afișaj
• Trimite date prin Bluetooth către telefonul mobil
• Datele pot fi înregistrate și trimise direct medicului pentru analize suplimentare.
• Bună gestionare a bateriei cu somn inclus.
• Prin trimiterea datelor în cloud, se creează o bază de date imensă pentru cercetătorii care lucrează la soluții medicale către COVID-19.

Provizii

Hardware necesar:

• SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V / 16MHz × 1
• senzor de impuls × 1
• termistor 10k × 1
• Baterie reîncărcabilă, 3,7 V × 1
• Modul Bluetooth HC-05 × 1

Aplicații software și servicii online

IDE Arduino

Unelte manuale și mașini de fabricat

• Imprimantă 3D (generică)
• Fier de lipit (generic)

Pasul 1: Să începem

În prezent, dispozitivele portabile moderne nu mai sunt concentrate doar pe măsurători simple de urmărire a fitnessului, cum ar fi numărul de pași parcurși într-o zi, ci monitorizează și considerații fiziologice importante, cum ar fi Variabilitatea ritmului cardiac (HRV), măsurarea glucozei, citirile tensiunii arteriale și multe informații suplimentare legate de sănătate. Printre numeroasele semne vitale măsurate, calculul ritmului cardiac (HR) a fost unul dintre cei mai valoroși parametri. De mulți ani, fișierul Electrocardiogramă (ECG) a fost folosit ca o tehnică dominantă de monitorizare cardiacă pentru a identifica anomaliile cardiovasculare și pentru a detecta nereguli în ritmurile cardiace. ECG este o înregistrare a activității electrice a inimii. Arată variațiile amplitudinii semnalului ECG în funcție de timp. Această activitate electrică înregistrată provine din depolarizarea căii conductoare a inimii și a țesuturilor musculare cardiace în timpul fiecărui ciclu cardiac. Chiar dacă tehnologiile tradiționale de monitorizare cardiacă care utilizează semnalele ECG au suferit îmbunătățiri continue de zeci de ani pentru a răspunde cerințelor în continuă schimbare ale utilizatorilor lor, în special în ceea ce privește precizia măsurării.

Aceste tehnici, până acum, nu au fost îmbunătățite până la punctul de a oferi utilizatorului flexibilitate, portabilitate și comoditate. De exemplu, pentru ca ECG să funcționeze eficient, mai mulți bio-electrozi trebuie așezați în anumite locații ale corpului; această procedură limitează foarte mult flexibilitatea în mișcare și mobilitatea utilizatorilor. În plus, PPG s-a dovedit a fi o tehnică alternativă de monitorizare a HR. Prin utilizarea analizei detaliate a semnalului, semnalul PPG oferă un potențial excelent de înlocuire a înregistrărilor ECG pentru extragerea semnalelor HRV, în special în monitorizarea persoanelor sănătoase. Prin urmare, pentru a depăși limitările ECG, poate fi utilizată o soluție alternativă bazată pe tehnologia PPG. Prin toate aceste date putem concluziona că măsurarea ritmului cardiac și a temperaturii corpului și analizarea acestora pentru a verifica dacă există creșteri anormale ale temperaturii corpului și scăderea nivelului de oxigen SpO2 în hemoglobină va ajuta la detectarea timpurie a COVID-19. Deoarece acest dispozitiv este portabil, acesta poate ajuta lucrătorii din prima linie, cum ar fi medicii, asistenții medicali, ofițerii de poliție și lucrătorii din salubritate, care fac servicii de zi și de noapte pentru a lupta împotriva COVID-19.

Obțineți piesele necesare, putem schimba afișajele și tipul senzorului în funcție de cerință. Există încă un senzor bun MAX30100 sau MAX30102 pentru măsurarea ritmului cardiac folosind tehnica PPG. Folosesc un termistor de 10k pentru măsurarea temperaturii, se poate folosi orice senzor de temperatură precum LM35 sau DS1280 etc.

Pasul 2: Proiectarea carcasei

Pentru a purta un gadget purtabil, acesta ar trebui să fie inclus într-o carcasă adecvată pentru a mă proteja de daune, așa că am continuat și am proiectat o carcasă care să se potrivească tuturor senzorilor și MCU-urilor mele.

Pasul 3: Asamblarea componentelor electronice

Acum trebuie să conectăm toate componentele necesare, mai devreme aveam un plan de a alege ESP12E ca MCU, dar deoarece are un singur pin ADC și am vrut să interfațez 2 dispozitive analogice, am revenit la Arduino cu o configurație Bluetooth.

Aproape am ales ESP 12E

Cu ESP, puteți trimite direct datele în cloud, poate fi un server personal sau un site web, cum ar fi lucrurile, și partajate direct personalului în cauză de acolo.

Schematic

Conexiunea anterioară bazată pe cablu a avut o mulțime de probleme legate de ruperea firului din cauza răsucirii și răsucirii în spațiu constrâns, ulterior m-am mutat în sârmă de cupru izolată din armătura unui motor de curent continuu. Ceea ce este destul de robust ar trebui să spun.

Pasul 4: Codificare

Ideea de bază este așa.

Principiul de funcționare al senzorilor PPG este practic iluminarea luminii pe vârful degetului și măsurarea intensității luminii utilizând foto-diodă. Aici folosesc senzorul de impuls de raft de pe www.pulsesensor.com. Am menționat alte alternative în secțiunea piese. Vom măsura variația de tensiune analogică la pinul analogic 0, care este, la rândul său, o măsurare a fluxului de sânge la vârful degetului sau la încheietura mâinii prin care putem măsura ritmul cardiac și IBI. Termistor NTC de 10k, al meu este extras dintr-un pachet de baterii pentru laptop. Aici se folosește un termistor de tip NTC de 10kΩ. NTC de 10kΩ înseamnă că acest termistor are o rezistență de 10kΩ la 25 ° C. Tensiunea pe rezistorul de 10kΩ este dată ADC-ului pro-mini-plăcii.

Temperatura poate fi aflată din rezistența termistorului folosind ecuația Steinhart-Hart. Temperatura în Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) unde A = 0,001129148, B = 0.000234125 și C = 8.76741 * 10 ^ -8 și R este rezistența termistorului. Rețineți că funcția log () în Arduino este de fapt un jurnal natural.

int thermistor_adc_val;

dublă ieșire tensiune, termistor_rezistență, therm_res_ln, temperatură, tempf; thermistor_adc_val = analogRead (termistor_output);

output_voltage = ((thermistor_adc_val * 3.301) / 1023.0);

thermistor_resistance = ((3.301 * (10 / output_voltage)) - 10);

/ * Rezistență în kilo ohmi * /

thermistor_resistance = thermistor_resistance * 1000;

/ * Rezistență în ohmi * /

therm_res_ln = jurnal (thermistor_resistance);

/ * Ecuația termistorului Steinhart-Hart: * / / * Temperatura în Kelvin = 1 / (A + B [ln (R)] + C [ln (R)] ^ 3) * / / * unde A = 0,001129148, B = 0.000234125 și C = 8.76741 * 10 ^ -8 * / temperatura = (1 / (0.001129148 + (0.000234125 * therm_res_ln) + (0.0000000876741 * therm_res_ln * therm_res_ln * therm_res_ln))); / * Temperatura în Kelvin * / temperatura = temperatura - 273,15; / * Temperatura în grade Celsius * /

Serial.print ("Temperatura în grade Celsius =");

Serial.println (temperatura);

Codul complet poate fi găsit aici.

Pasul 5: Testare și lucru

Pasul 6: Îmbunătățiri viitoare și concluzii

Îmbunătățiri viitoare:

• Aș dori să adaug următoarele caracteristici:
• Folosind Tiny ML și Tensorflow lite pentru a detecta anomalia.
• Optimizarea bateriei utilizând BLE
• Aplicație Android pentru notificări personalizate și sugestii privind starea de sănătate
• Adăugarea unui motor de vibrații pentru alertare

Concluzie:

Cu ajutorul senzorilor și electronicelor open source, putem face cu adevărat schimbări în viața lucrătorilor din prima linie prin detectarea simptomelor COVID-19, adică, variația HRV și a temperaturii corpului poate detecta modificările și le sugerăm să fie în carantină pentru a opri răspândirea a bolii. Cea mai bună parte a acestui dispozitiv este că este sub 15 $, ceea ce este mult mai ieftin decât orice tracker de fitness disponibil etc.